高風險特長溶巖隧道自進式螺旋管棚施工技術研究

閆志華

摘要：本文以大獨山隧道穿越泥質白云巖、泥灰?guī)r段為工程實例，采用自帶鉆頭的T76S自鉆式高強度螺旋管棚技術，解決了傳統(tǒng)管棚在軟塑狀斷層破碎帶段落施工成孔困難、工期較長的問題。

關鍵詞：管棚；斷層破碎帶；鉆頭

1.引言

進入21世紀以來，我國在交通基礎設施方面進行大規(guī)模的投資與建設。隨著中東部地區(qū)的交通基礎設施逐漸完備，公路與鐵路的規(guī)劃慢慢向西部和西南部拓展。然而西部與西南部地區(qū)地質條件復雜，尤其是在修建隧道時，極易遇巖溶、斷層、泥質巖層等威脅施工安全的工況。為了確保施工安全、質量，合理制定隧道穿越不良地質區(qū)域的防治措施，優(yōu)化隧道施工技術方案十分必要。

本文基于大量隧道注漿施工技術的研究和總結得到基礎之上，結合大獨山隧道泥質白云巖、泥灰?guī)r段為工程實例，采用采用T76S自鉆式高強度螺旋管棚技術來提高巖體穩(wěn)定性，來確保施工的安全、質量并提高施工效率。

2.工程概況

大獨山隧道位于關嶺至普安區(qū)間，為雙線單洞隧道，最大埋深380m，隧道設計縱坡為人字坡，隧道進口端接關嶺站，進口里程DK852+772，出口里程DK864+654，全長11882m，大獨山隧為巖溶隧道，可溶巖長度為9063m，占全隧長度的76%，洞身斷層破碎帶發(fā)育。隧道最大涌水量為170000m3/d，另外溶蝕破碎帶等不可見強富水體，涌水量會成倍增，甚至十倍的增加，地表村莊分布廣泛，巖溶漏斗發(fā)育，隧道通過可溶巖段巖溶及巖溶水對隧道影響較大，遇到大型巖溶管道及溶洞可能性較大，極可能發(fā)生突水、突泥現(xiàn)象，地表局部地段發(fā)生塌陷，在斷層破碎帶、可溶巖與非可溶巖接觸帶多為地下水富集區(qū)，易發(fā)生突水、突泥、巖溶塌陷，隧道中段洞身埋深大，地應力相對較高，在高地應力下可能發(fā)生巖爆。

本隧道為Ⅰ級高風險特長隧道，本隧主要風險為：巖溶，暗河，塌方，突水突泥，巖爆，有毒有害氣體等。其中關嶺組一段（T2g1）為泥質白云巖、泥灰?guī)r，為了確保施工安全、質量以及工期，需要在施工過程中加入一些防護處理，故而首次采用T76S自鉆式高強度螺旋管棚技術。

3.高強度螺旋管棚技術

針對關嶺組一段（T2g1）泥質白云巖、泥灰?guī)r，設計院給的超前支護措施為φ108mm大管棚，但由于φ108mm大管棚施工周期長，必須有跟管設備，而我部的C6鉆機沒有配備跟管鉆頭，φ108mm大管棚無法施做。我部結合φ32mm自進式錨桿施工，若將φ32mm自進式錨桿直徑加大，并用C6鉆機作為.力裝置，就能代替φ108mm大管棚，而且施工速度會加快。在此基礎上我部成功研究出T76S自鉆式高強度螺旋管棚超前支護技術。

3.1施工方案

T76S高強度自鉆式螺旋管棚正面布置圖見圖1、圖2。

3.2管棚施工參數(shù)

（1）材料

高強度全螺紋厚壁鋼管T76S：極限抗拉力1200KN（120t），抗拉強度772N/mm2；屈服力1500KN（150t），屈服強度609N/mm2；壁厚15mm；連接套：97*220mm；鉆頭：T76/D115/EXX。

（2）管棚布置設計

T76S高強度自鉆式螺旋管棚縱向每15m～30m一環(huán)，相鄰兩環(huán)搭接長度不小3m。外插角：1°～3°，環(huán)向間距：40cm，每環(huán)50根。

（3）采用的施工設備：

鉆機：C6鉆機（意大利進口卡薩格藍迪鉆機）；注漿機：M400NT干料連續(xù)拌合灰漿泵（奧地利進口）。

（4）施工工藝：（邊鉆進邊注漿）

高強度自鉆式螺旋管棚帶鉆頭，利用C6鉆機配置旋轉注漿頭，采用水泥漿護壁鉆進，鉆進、安裝、注漿一次完成，終孔進行二次高壓注漿。

3.3 C6鉆機改裝

將鉆機頂部高壓水管卡鉗器從頂部改到側面，降低鉆機工作室高度，減少擴挖面積，將鉆機鉗尾加長至66cm，減少管棚外露長度，節(jié)約資源。

3.4 施工工藝

高強度自鉆式螺旋管棚帶鉆頭，利用C6 鉆機配置旋轉注漿頭，采用水泥漿護壁鉆進，鉆進、安裝、注漿一次完成，終孔進行二次高壓注漿。主要施工工藝流程見下圖3所示：

3.5施工過程

（1）第一循環(huán)施工組織

施作定位鋼架：首先先形成鉆機工作室，然后施做定位鋼架。工作室采用拱頂挑高，掌子面開挖輪廓線起向后6m范圍，拱部管棚施作范圍調高40cm，形成鉆機工作室（此項工作在開挖過程中已經(jīng)完成）。在管棚工作室完成后施做定位鋼架。在開挖廓線以外拱部150°范圍內架設一榀工字鋼（I22a），工字鋼上開φ160mm的孔，孔距40cm，在每個孔上焊接φ150 mm鋼管，長度1m，作為導向鋼管。

（2）鉆機、注漿機準備

采用洞渣施工C6鉆機作業(yè)平臺，并將鉆機定位。同時調配M400NT注漿泵一臺，注漿泵與鉆機接頭連接，注漿材料采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.5（對應流量表在570ml/h）。并將高壓水管接到現(xiàn)場隨時準備洗孔。

（3）鉆孔

開始施做第一根管棚。鉆進采用帶水泥漿鉆進，鉆進過程中注漿壓力2～3MPa。

（4）終孔注漿

管棚注漿采用M400NT 注漿機進行作業(yè)，注漿機最大工作壓力可達8Mpa，可以滿足設計要求，螺紋管注漿采用奇偶數(shù)螺紋管間隔注漿由下到上、由左到右，即先按順序注奇數(shù)管，奇數(shù)管注漿完成后，再開始按偶數(shù)管順序同上順序。

注漿過程控制，注漿壓力確定初壓為2.0～3.0Mpa，終壓為5.0Mpa。注漿時密切監(jiān)視壓力變化，如壓力達到5.0Mpa并持續(xù)穩(wěn)定恒壓10min 后結束注漿。單根注漿量按Q=πR2KL·α進行估算。

RK—注漿擴散半徑，考慮注漿疊加效應，按RK=（0.6～0.8）L0計算，L0為相鄰鋼管之間的距離；L—螺紋管長度；α—巖體孔隙率；注漿過程應認真做好記錄，以便分析解決施工中出現(xiàn)的問題，注漿結束后及時清除管內漿液并用錨固用錨固劑及時填堵端頭，以增強管棚的剛度及強度。

4 T76S管棚效果及施工效率

4.1 T76S管棚效果

目前，大獨山隧道進口已經(jīng)施做T76S管棚10循環(huán)，掌子面圍巖揭示：圍巖裂隙充滿水泥漿，加固效果良好，掌子面不掉塊，圍巖有一定的自穩(wěn)性，開挖輪廓線圓順，施工安全。通過圍巖監(jiān)控量測顯示該段初期支護完成后拱頂累積最大沉降7.8cm，遠小于設計15cm的預留沉降量，表明管棚預支護取得了很好的效果。

4.2工效分析

管棚布設在隧道拱頂150°范圍內、共50根，根據(jù)現(xiàn)場實際施做時間統(tǒng)計，施做一環(huán)30mT76S高強度自鉆式螺旋管棚所需時間5天，平均每天開挖進尺2.0m，月進尺尺50～60m，工效達到業(yè)主Ⅴ級圍巖指導性施組進度指標要求的120%～150%。而施做Φ108大管棚，根據(jù)經(jīng)驗施做一環(huán)30m長大管棚需15天，按平均每天開挖進尺2m，則月進尺20m，達不到Ⅴ級巖指導性施組進度指標。

5.結論

采用T76S自進式螺旋管棚施工技術，若管棚布置得當，能夠很好的完成初期支護的拱頂位移沉降要求。其管棚施工技術解決了傳統(tǒng)管棚在軟塑狀斷層破碎帶段落施工成孔困難、工期較長的弊端，可以較大提高施工效率，工效達到Ⅴ級圍巖指導性施組進度指標要求的120%～150%。

參考文獻：

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